JP3955074B2 - Joining method using fastening tool and device for operating fastening tool - Google Patents

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Abstract

The stamping machine (2) has a stamping tool (16) pushing a rivet against a top sheet (A). The top sheet rests on a bottom sheet (B). The river deforms the sheets and forcing them into a matrix (6). A cylindrical holder piece (22) presses the sheets down against the rim of the matrix. A cylinder (4) contains a first piston (12) with a piston rod pressing down on an intermediate piece and the stamp. There are hydraulic fluid connections (24,26) to chambers (10a) above and (10b) below the first piston. A second piston slides on the piston rod of the first piston and pushes on the holder piece. It has throttle channels (28) allowing hydraulic fluid to flow through it slowly.

Description

本発明は、類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状の加工物を締結工具によって接合するための方法、並びにこの締結工具を操作するための装置に関する。好ましくはこの締結工具は、自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具、若しくはクリンチ操作を行うためのクリンチ工具である。   The present invention relates to a method for joining together at least two plate-like workpieces of similar or different materials by means of a fastening tool, as well as an apparatus for operating this fastening tool. Preferably, the fastening tool is a rivet tool for setting a self-piercing rivet or a clinching tool for performing a clinching operation.

自己穿孔型リベット用工具やクリンチ用工具等の締結工具に使用する様々なタイプの駆動装置が知られている。最も一般的なタイプの駆動装置は、例えば国際特許出願公開第WO93/24256号や欧州特許出願公開第EP0675774号に示されるように、パンチを作動させて接合操作を行うための油圧式ピストン−シリンダー組立体と、接合操作中にクランプを作動させて加工物にクランプ力をかける油圧式ピストン−シリンダー組立体を備えている。欧州特許出願公開第EP0675774号に記載の方法及び装置では、接合操作前及び操作中に「相当の」クランプ力がかけられており、この公報には、クランプ力は1.5トンまでとすることができると記載されている。実際には、例えば8〜10kN程度のクランプ力が用いられている。この方法にはそれなりの効果はあるが、接合操作前及び操作中に大きいクランプ力をかけることには欠点もある。例えば、接合操作中に大きいクランプ力をかけると、自己穿孔型リベットの自由な変形を損ねる恐れがある。さらに、接合操作前に大きいクランプ力をかけると、加工物を接合するためにリベットと接着剤とを組合わせて使用する方法において欠点が生じる。これは大きいクランプ力により接着剤が圧迫されて接合領域から流れ出てしまうためである。   Various types of drive devices are known for use in fastening tools such as self-piercing rivet tools and clinch tools. The most common type of drive device is a hydraulic piston-cylinder for performing a joining operation by actuating a punch, as shown, for example, in International Patent Application Publication No. WO93 / 24256 and European Patent Application Publication No. EP0675774 An assembly and a hydraulic piston-cylinder assembly that actuates the clamp to apply a clamping force to the workpieces during the joining operation. In the method and apparatus described in European Patent Application EP 0 675 774, a “substantial” clamping force is applied before and during the joining operation, and in this publication the clamping force is limited to 1.5 tons. It is stated that you can. Actually, for example, a clamping force of about 8 to 10 kN is used. Although this method has a certain effect, there is a drawback in applying a large clamping force before and during the joining operation. For example, if a large clamping force is applied during the joining operation, the free deformation of the self-piercing rivet may be impaired. Furthermore, if a large clamping force is applied before the joining operation, there is a drawback in the method of using a combination of rivets and adhesives to join the workpieces. This is because the adhesive is pressed by a large clamping force and flows out of the joining region.

本願出願人の従来の自己穿孔型リベット装置では、接合操作中、バネによって小さいクランプ力をかけ、パンチ用油圧シリンダのピストンからパンチ力の一部を当接手段を介してクランプに伝達させることによって、接合操作の終期に向けて次第にクランプ力を増加させている。上記の欧州特許出願公開第EP0675774号には同様の装置が記載されているが、この装置では、接合操作前及び操作中に、別個の油圧シリンダが「相当の」クランプ力をかけており、このクランプ力は、パンチ用ピストンとクランプ用ピストンとの間の当接手段によって、リベット接合の終期において瞬間的に約5トンまで増加するものである。   In the conventional self-piercing rivet device of the applicant of the present application, a small clamping force is applied by a spring during the joining operation, and a part of the punching force is transmitted from the piston of the hydraulic cylinder for punching to the clamp through the contact means. The clamping force is gradually increased toward the end of the joining operation. EP 0 675 774 describes a similar device, but in this device, a separate hydraulic cylinder exerts a “substantial” clamping force before and during the joining operation. The clamping force is instantaneously increased to about 5 tons at the end of the rivet joint by the contact means between the punching piston and the clamping piston.

接合操作後にパンチを引き戻し、パンチを引き戻したら加工物にクランプ力をかけて、板状の加工物(シート)の平面を逸脱した変形を低減することが、国際特許出願公開第WO00/29145号によって知られている。この文献では、この結果を得るための二つの基本原理を開示している。一つの原理によれば、パンチを引き戻すことによってリベットセット装置で使用するC字型フレームの下脚部がはね返った時に、クランプがずれるのを防止するために、クランプの保持装置を設ける。他方の原理によれば、接合操作中、パンチとクランプを当接手段を介して同時に高圧で加圧し、接合操作後、パンチを引き戻すと同時にクランプを再度加圧し、比較的大きいクランプ力をかける。さらにこの文献には、接合操作中には、大きいクランプ力、小さいクランプ力、若しくはクランプ力を全くかけなくてもよいと記載されている。   According to International Patent Application Publication No. WO 00/29145, the punch is pulled back after the joining operation, and when the punch is pulled back, a clamping force is applied to the workpiece to reduce the deformation that deviates from the plane of the plate-like workpiece (sheet). Are known. This document discloses two basic principles for obtaining this result. According to one principle, a clamp holding device is provided in order to prevent the clamp from slipping when the lower leg of the C-shaped frame used in the rivet setting device rebounds by pulling back the punch. According to the other principle, during the joining operation, the punch and the clamp are simultaneously pressurized with a high pressure through the contact means, and after the joining operation, the punch is pulled back and simultaneously the clamp is re-pressurized to apply a relatively large clamping force. Furthermore, this document states that a large clamping force, a small clamping force, or a clamping force need not be applied at all during the joining operation.

さらに、例えば国際特許出願公開第WO93/24258号に開示されるように、接合操作前に少なくとも小さいクランプ力をかけて、加工物を互いに押し付け、相対的にすべるのを防止して、特にリベット及び加工物のチェック操作を行うことが知られている。   Furthermore, as disclosed, for example, in International Patent Application Publication No. WO 93/24258, at least a small clamping force is applied before the joining operation to press the workpieces against each other and prevent relative sliding, in particular rivets and It is known to perform a workpiece check operation.

国際特許出願公開第WO93/24256号International Patent Application Publication No. WO 93/24256 欧州特許出願公開第EP0675774号European Patent Application Publication No. EP0675774 国際特許出願公開第WO00/29145号International Patent Application Publication No. WO00 / 29145 国際特許出願公開第WO93/24258号International Patent Application Publication No. WO 93/24258

本発明の第一の目的は、類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状の加工物を締結工具によって接合するための方法、並びにこの締結工具を操作するための、簡単な構造及び操作でコンパクトな設計の装置を提供することにある。   The first object of the present invention is to provide a method for joining together at least two plate-like workpieces of similar or different materials by means of a fastening tool, a simple structure for operating this fastening tool, and The object is to provide a device with a compact design in operation.

本発明の別の目的は、大きいクランプ力によって接合操作が悪影響を受けるのを防止することにある。   Another object of the present invention is to prevent the joining operation from being adversely affected by a large clamping force.

本発明のさらに別の目的は、高品質の接合部を提供し、接合領域及びその周辺で加工物の変形を最小限とすることができる、少なくとも二枚の板状の加工物を接合するための方法及び装置を提供することにある。   Yet another object of the present invention is to join at least two plate-like workpieces that provide a high quality joint and can minimize deformation of the workpiece in and around the joining region. It is an object to provide a method and apparatus.

本発明の方法によれば、接合操作中、接合操作を行うために大きいパンチ力をかけると共に、接合領域において材料の自由な変形を可能とするためにクランプ力を実質的にかけず、接合操作後、加工物の変形が少なくなるように大きいパンチ力及び大きいクランプ力を同時にかけて、接合領域において加工物を圧縮する。   According to the method of the present invention, during the joining operation, a large punching force is applied to perform the joining operation, and a clamping force is not substantially applied to enable free deformation of the material in the joining region. A large punching force and a large clamping force are simultaneously applied so as to reduce the deformation of the workpiece, thereby compressing the workpiece in the joining region.

本明細書において接合操作とは、接合部を形成するために必要な材料の変形の開始から終了までの操作を意味するものとする。自己穿孔型リベットの場合、接合操作とは、接合しようとする加工物に自己穿孔型リベットを貫通させる工程の開始から終了までを意味するものとする。クリンチの場合には、接合操作とは、接合領域における加工物の材料変形の開始から終了までの操作を意味するものとする。   In this specification, the joining operation means an operation from the start to the end of deformation of a material necessary for forming a joint. In the case of a self-piercing rivet, the joining operation means from the start to the end of the process of passing the self-piercing rivet through the workpieces to be joined. In the case of clinching, the joining operation means an operation from the start to the end of material deformation of the workpiece in the joining region.

接合操作後にかける大きいクランプ力は、接合操作によって生じる接合領域及びその周辺における加工物の変形が少なくなるように、且つ加工物の接合領域において何らかの圧縮効果若しくは圧密化効果が得られ、接合部の品質を高め、接合部が充分な最終強度となるように選択する。大きいクランプ力が接合部に悪影響を与えることを防止するために、接合操作後に、接合領域に大きいクランプ力をかけるのと同時に大きいパンチ力をもかけることが重要である。従って、接合操作後に接合領域及びその周辺の全ての表面に大きな力をかけ、それにより上述の効果を得ると共に、このような締結工具のC字型フレームの反作用及びたわみ動作を低減する。本発明によればさらに、接合操作中にC字型フレームにはクランプ力が実質的にかからず、パンチ力のみしかかからないので、C字型フレームの重量及び強度を低減した設計とすることができるという効果も得られる。   The large clamping force that is applied after the joining operation is such that the deformation of the workpiece in the joining region and its surroundings caused by the joining operation is reduced, and some compression effect or consolidation effect is obtained in the joining region of the workpiece. Choose to improve quality and ensure the joints have sufficient final strength. In order to prevent a large clamping force from adversely affecting the joint, it is important to apply a large punching force at the same time as applying a large clamping force to the joining region after the joining operation. Therefore, a large force is applied to the joining region and all the surrounding surfaces after the joining operation, thereby obtaining the above-mentioned effect and reducing the reaction and deflection of the C-shaped frame of such a fastening tool. Further, according to the present invention, since the C-shaped frame is not substantially subjected to the clamping force and only the punching force is applied to the C-shaped frame during the joining operation, the weight and strength of the C-shaped frame can be reduced. The effect that it is possible is also acquired.

本発明の好ましい装置は、油圧シリンダを一つしか備えず、この一つの油圧シリンダがパンチ用のメインピストンによって、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割されている。油圧シリンダのピストンロッド隣接側作業チャンバー内にクランプを操作するためのクランプピストンが配置され、ピストンロッド隣接側作業チャンバーのクランプピストンの軸方向に対向する両側の区域は、ピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によってクランプピストンの軸方向に対向する両側が加圧されるように、流体流通路手段によって互いに連通している。   The preferred apparatus of the present invention comprises only one hydraulic cylinder, which is divided into a piston rod remote side working chamber and a piston rod adjacent side working chamber by a main piston for punching. The clamp piston for operating the clamp is arranged in the working chamber adjacent to the piston rod of the hydraulic cylinder, and the areas on both sides of the working piston adjacent to the piston rod in the axial direction are located in the working chamber adjacent to the piston rod. The fluid flow passage means communicates with each other so that the opposite sides of the clamp piston in the axial direction are pressurized by the pressure of.

この装置の構造設計は、本発明の方法を実施するのに適している。このためこの装置は、好ましくはピストンロッド遠隔側作業チャンバーが接合操作を行うのに充分な圧力で加圧されると共に、ピストンロッド隣接側作業チャンバーが減圧される操作位置を有しており、さらにこの装置は好ましくは、接合操作後に、大きいクランプ力及び大きいパンチ力を同時に接合領域にかけることができるように、二つの作業チャンバーの両方が高圧で加圧される操作後位置を有する。   The structural design of this device is suitable for carrying out the method of the invention. For this reason, this device preferably has an operating position in which the piston rod remote working chamber is pressurized with sufficient pressure to perform the joining operation and the piston rod adjacent working chamber is depressurized, The apparatus preferably has a post-operation position where both of the two working chambers are pressurized at high pressure so that a large clamping force and a large punching force can be simultaneously applied to the bonding area after the bonding operation.

本発明の装置は、パンチとクランプを操作するために二つの作業チャンバーを有する油圧シリンダーを一つしか必要としないので、二つの圧力流体ポートと二つの圧力流体管しか必要とせず、よって構造にかかる費用が最小限で済む。さらに本発明によれば、メインピストンとクランプピストンとが「挿入」式になっているので、装置をコンパクトな設計とすることができる。従って、二つの別個の油圧シリンダーを有する駆動装置においては、装置のストロークを所定量だけ増加させると、装置の長さがその二倍長くなってしまうが、本発明の装置では、装置のストロークを所定量だけ増加させても、装置の長さはその分だけしか長くならない。   Since the device of the present invention requires only one hydraulic cylinder with two working chambers to operate the punch and clamp, it requires only two pressure fluid ports and two pressure fluid tubes, thus making the structure Such costs are minimal. Furthermore, according to the present invention, the main piston and the clamp piston are “inserted”, so that the apparatus can be made compact. Therefore, in a drive device having two separate hydraulic cylinders, if the device stroke is increased by a predetermined amount, the length of the device becomes twice that length, but in the device of the present invention, the device stroke is reduced. Even if it is increased by a predetermined amount, the length of the apparatus is increased only by that amount.

本発明の別の実施態様では、二つの油圧シリンダが設けられている。しかしながら、二つのシリンダーの二つの作業チャンバーは流体流通路手段によって互いに永久的に連通しているので、先の第一実施態様の効果の多くがこの第二実施態様においても得られる。例えば、この第二実施態様でも二つの圧力流体ポートしか必要としないので、構造にかかる費用を削減することができ、流体制御システムを簡素化することができる。   In another embodiment of the invention, two hydraulic cylinders are provided. However, since the two working chambers of the two cylinders are in permanent communication with each other by means of fluid flow passages, many of the advantages of the first embodiment are also obtained in this second embodiment. For example, since this second embodiment requires only two pressure fluid ports, the cost for the structure can be reduced and the fluid control system can be simplified.

本発明の重要な利点は、接合操作がクランプ力の悪影響を受けないということである。本発明を、例えば自己穿孔型リベットをセットするための工具に使用すると、自己穿孔型リベットは加工物を貫通する際に自由に変形することができる。リベットは正解に変形し、リベット操作中に大きいクランプ力がかかる従来の方法よりも大きく広がることができる。さらに本発明では、リベットに割れや亀裂が生じるのを避けることができる。   An important advantage of the present invention is that the joining operation is not adversely affected by the clamping force. When the present invention is used, for example, in a tool for setting a self-drilling rivet, the self-drilling rivet can be freely deformed when penetrating a workpiece. The rivet is deformed to the correct answer and can be spread more than the conventional method where a large clamping force is applied during the rivet operation. Furthermore, in the present invention, it is possible to avoid the rivet from being cracked or cracked.

本発明の方法は、加工物を接合するための接着剤と組み合わせて使用することができる。この方法では、加工物にクランプを押付ける前に、接合領域及びその周辺の加工物間に接着剤層を設ける。本発明の方法では、接合操作前に小さなクランプ力しかかけず、接合操作中にはクランプ力を実質的にかけないので、接合操作中、接着剤は自由に押圧されて接合領域から自由に流れることができる。さらに、接合操作中にクランプ力を実質的にかけないので、以下に詳細に説明するように、加工物間に生じる気泡を少なくすることができる。   The method of the present invention can be used in combination with an adhesive for joining workpieces. In this method, an adhesive layer is provided between the joining area and the surrounding workpiece before pressing the clamp against the workpiece. In the method of the present invention, only a small clamping force is applied before the joining operation and substantially no clamping force is applied during the joining operation, so that the adhesive is freely pressed and flows freely from the joining region during the joining operation. Can do. Further, since a clamping force is not substantially applied during the joining operation, bubbles generated between the workpieces can be reduced as will be described in detail below.

加工物間に気泡が生じる危険性は、外表面がテーパー付き、好ましくは円錐形状のシャンクを有する自己穿孔型リベットを使用することにより、さらに低下させることができる。テーパー付きリベットシャンクは、接合操作中、接合領域において加工物同士の接触を維持するように、上側加工物に力をかけて、上側加工物の反発を防止、若しくは少なくとも低減する。これにより、以下にさらに詳細に説明するように、加工物間に気泡が生じる危険性を低減することができる。   The risk of bubble formation between the workpieces can be further reduced by using a self-drilling rivet with a tapered outer surface and preferably a conical shank. The tapered rivet shank applies force to the upper workpiece to prevent or at least reduce repulsion of the upper workpiece so as to maintain contact between the workpieces in the bonding area during the bonding operation. This can reduce the risk of bubbles occurring between the workpieces, as will be described in more detail below.

既に述べたように、本発明はC字型フレームの反作用動作やたわみを避け、若しくは少なくとも低減することができ、よって接合部の品質及び最終強度を向上することができる。   As already mentioned, the present invention can avoid or at least reduce the reaction action and deflection of the C-shaped frame, thereby improving the quality and final strength of the joint.

図面を参照して本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1〜図3に概略的に示す締結工具2は、二枚(若しくはそれ以上)の板状加工物A及びB(金属板)間に接合部を形成するように配置されている。図示した実施態様では、締結工具2は自己穿孔型リベットNをセットするためのリベットセッティング装置であるが、例えばクリンチ装置等の他の工具であってもよい。自己穿孔型リベット及び自己穿孔型リベット接合は基本的に知られているので、ここでは詳細には説明しない。   The fastening tool 2 schematically shown in FIGS. 1 to 3 is arranged so as to form a joint between two (or more) plate-like workpieces A and B (metal plates). In the illustrated embodiment, the fastening tool 2 is a rivet setting device for setting the self-piercing rivet N, but may be another tool such as a clinching device. Self-drilling rivets and self-drilling rivet joining are basically known and will not be described in detail here.

締結工具2は、油圧シリンダー4を有する駆動装置とダイ6とを備え、加工物A、Bがダイ6上に支承されている。シリンダー4はこの種の締結工具において通常行われているようにC字型フレーム(図示せず)上に支承されている。   The fastening tool 2 includes a drive device having a hydraulic cylinder 4 and a die 6, and workpieces A and B are supported on the die 6. The cylinder 4 is supported on a C-shaped frame (not shown) as is usually done with this type of fastening tool.

油圧シリンダー4は、ピストンロッド14を有するメインピストン12を摺動可能に受け入れる円筒形キャビティー10を有する。メインピストン12のピストンロッド14は、リベットNをセットするためのパンチ16に一体的に接続されている。   The hydraulic cylinder 4 has a cylindrical cavity 10 slidably receiving a main piston 12 having a piston rod 14. The piston rod 14 of the main piston 12 is integrally connected to a punch 16 for setting the rivet N.

図1〜図3に示すように、メインピストン12は円筒形キャビティー10を、ピストンロッド遠隔側上方作業チャンバー10aとピストンロッド隣接側下方作業チャンバー10bとに分割する。下方作業チャンバー10bはクランプピストン18を受け入れ、このクランプピストン18はピストンロッド20を介してスリーブ状クランプ22(クランプ用突出部)に一体的に連結されている。クランプピストン18及びそのピストンロッド20はメインピストン12のピストンロッド14を同軸的に取り囲み、メインピストン12に対して軸方向に相対移動することができるように、シリンダー4の円筒形内壁に沿って摺動的に案内される。   As shown in FIGS. 1 to 3, the main piston 12 divides the cylindrical cavity 10 into a piston rod remote side upper working chamber 10a and a piston rod adjacent side lower working chamber 10b. The lower working chamber 10 b receives a clamp piston 18, and this clamp piston 18 is integrally connected to a sleeve-like clamp 22 (clamp protrusion) via a piston rod 20. The clamp piston 18 and its piston rod 20 coaxially surround the piston rod 14 of the main piston 12 and slide along the cylindrical inner wall of the cylinder 4 so as to be able to move relative to the main piston 12 in the axial direction. Guided dynamically.

上方作業チャンバー10aは、制御下で流体圧(油圧)による加圧又は減圧を選択的に行うための圧力流体ポート24を有し、下方作業チャンバー10bも制御下で流体圧による加圧又は減圧を選択的に行うための専用の圧力流体ポート26を有している。図面に概略的に示すように、クランプピストン18の両側にある作業チャンバー10b部分は、クランプピストン18の軸方向に対向する両側が同じ流体圧で常に加圧されるように、流体流通路手段28によって互いに連通している。流体流通路手段28は、クランプピストン18を貫通する一つ又は幾つかの孔であってもよく、若しくは例えばクランプピストン18の外表面に設けた1本又は数本の縦溝として設けてもよい。   The upper working chamber 10a has a pressure fluid port 24 for selectively performing pressurization or depressurization by fluid pressure (hydraulic pressure) under control, and the lower work chamber 10b also performs pressurization or depressurization by fluid pressure under control. It has a dedicated pressure fluid port 26 for selective operation. As schematically shown in the drawing, the working chamber 10b portions on both sides of the clamp piston 18 are fluid flow passage means 28 so that both axially opposite sides of the clamp piston 18 are always pressurized with the same fluid pressure. Communicate with each other. The fluid flow passage means 28 may be one or several holes through the clamp piston 18 or may be provided, for example, as one or several flutes provided on the outer surface of the clamp piston 18. .

さらに、メインピストン12のピストンロッド14とクランプピストン18のスリーブ状ピストンロッド20との間には、当接手段30が設けられる。この当接手段30は、軸方向の一方向にしか作用しない、つまりメインピストン12が下方作業チャンバー10bから離れる方向(図面では上へ)に移動する際にしか作用しない。   Further, a contact means 30 is provided between the piston rod 14 of the main piston 12 and the sleeve-like piston rod 20 of the clamp piston 18. The contact means 30 only acts in one axial direction, that is, only when the main piston 12 moves in a direction away from the lower working chamber 10b (up in the drawing).

上述した装置の操作を以下に説明する。
図1において、装置は、上方作業チャンバー10aが圧力流体ポート24を介して減圧されていると共に、下方作業チャンバー10bが圧力流体ポート26を介して比較的低い流体圧で加圧されている基本位置にある。下方作業チャンバー10b内の流体圧によってメインピストン12が上方端位置へと付勢される。下方作業チャンバー10b内の流体圧はクランプピストン18の軸方向に対向する両側に作用する。クランプピストン18の上面面積は下面面積よりもピストンロッド20の断面積とほぼ同じ程度だけ大きいので、クランプピストン18に下向きの圧力差が作用する。しかしながら二つのピストンロッド14、20間の当接手段30がクランプピストン18を、図1に示す軸方向中間部の位置である基本位置に維持する。
The operation of the above-described apparatus will be described below.
In FIG. 1, the apparatus is in a basic position where the upper working chamber 10a is depressurized via the pressure fluid port 24 and the lower working chamber 10b is pressurized via the pressure fluid port 26 at a relatively low fluid pressure. It is in. The main piston 12 is biased to the upper end position by the fluid pressure in the lower working chamber 10b. The fluid pressure in the lower working chamber 10b acts on both sides of the clamp piston 18 facing in the axial direction. Since the upper surface area of the clamp piston 18 is larger than the lower surface area by about the same as the cross-sectional area of the piston rod 20, a downward pressure difference acts on the clamp piston 18. However, the abutment means 30 between the two piston rods 14, 20 keeps the clamp piston 18 in the basic position, which is the position of the axially intermediate portion shown in FIG.

自己穿孔型リベットNの操作、つまり接合部の形成操作は三段階で行う。   The operation of the self-piercing rivet N, that is, the operation of forming the joint is performed in three stages.

第一段階において、接合操作に先立って、図2に示すようにクランプ22及びリベットNが比較的小さな力で加工物A及びBに押し付けられている操作前位置へ、メインピストン12及びクランプピストン18を移動させる。ここで二つの作業チャンバー10a、10bはそれぞれ各圧力流体ポート24、26を介して低い流体圧によって加圧されている。メインピストン12の上面面積は下面面積よりもピストンロッド14の断面積とほぼ同じ程度だけ大きいので、パンチ16は、クランプ22とダイ6との間の加工物領域及びリベットNを含む接合領域8において対応する下向きのパンチ力をリベットNにかける。またクランプピストン18は上記の面積差による流体圧によって下方へ付勢され、それによりクランプ22が、対応するクランプ力を、接合領域8におけるリベットNの隣接周辺部の加工物A、Bにかける。パンチ力及びクランプ力は、加工物A、Bのダイ6に対する動き及び相対的な動きを防止するのに充分な大きさ、且つリベット及び加工物チェック操作ができる大きさであればよい。クランプ力は好ましくは7.8kN未満であり、例えば3〜5kN程度とすることができる。一般にクランプ力は3.9kN未満で充分である。パンチ力は好ましくは5kN未満であり、1〜3kN程度とすることができる。   In the first stage, prior to the joining operation, as shown in FIG. 2, the main piston 12 and the clamp piston 18 are moved to a pre-operation position where the clamp 22 and the rivet N are pressed against the workpieces A and B with a relatively small force. Move. Here, the two working chambers 10a and 10b are pressurized with a low fluid pressure through the pressure fluid ports 24 and 26, respectively. Since the upper surface area of the main piston 12 is approximately the same as the cross-sectional area of the piston rod 14 than the lower surface area, the punch 16 is in the workpiece region between the clamp 22 and the die 6 and the joining region 8 including the rivet N. A corresponding downward punching force is applied to the rivet N. Also, the clamp piston 18 is biased downward by the fluid pressure due to the above-described area difference, so that the clamp 22 applies a corresponding clamping force to the workpieces A and B in the adjacent peripheral portion of the rivet N in the joining region 8. The punching force and the clamping force may be large enough to prevent the movements and relative movements of the workpieces A and B with respect to the die 6 and can have a rivet and workpiece check operation. The clamping force is preferably less than 7.8 kN, and can be, for example, about 3 to 5 kN. In general, a clamping force of less than 3.9 kN is sufficient. The punching force is preferably less than 5 kN and can be about 1 to 3 kN.

第二段階つまり接合操作自体において、装置は、図3に示すように上方作業チャンバー10aが圧力流体ポート24を介して接合操作に必要な流体圧で加圧されていると共に、下方作業チャンバー10bが圧力流体ポート26を介して減圧されている操作位置にある。メインピストン12は、ピストンロッド14及びパンチ16を介して、接合領域8において接合部を形成するのに充分な値のパンチ力をリベットNにかける。下方作業チャンバー10bは減圧されているので、接合操作中、クランプ22は何の機能も果たさない。言うまでもなく、油圧システムにおいては、下方作業チャンバーが減圧されて完全に無圧力となるとなることがないように、低圧側には常に残留圧力がある。しかしながら、残留圧力による0.3〜0.5kN程度のクランプ力は無視できる程度のものである。使用する加工物の材質によっては、例えば4kN未満のクランプ力では、何ら加工物の性質に測定できる程の影響を与えるものではない。いずれにせよこのことは1.5kN未満のクランプ力に当てはまる。   In the second stage, that is, the joining operation itself, as shown in FIG. 3, the apparatus is such that the upper working chamber 10a is pressurized with the fluid pressure required for the joining operation via the pressure fluid port 24, and the lower working chamber 10b In the operating position where the pressure is reduced via the pressure fluid port 26. The main piston 12 applies a punching force having a value sufficient to form a joint in the joint region 8 to the rivet N via the piston rod 14 and the punch 16. Since the lower working chamber 10b is depressurized, the clamp 22 does not perform any function during the joining operation. Needless to say, in a hydraulic system, there is always a residual pressure on the low pressure side so that the lower working chamber is not depressurized and completely free of pressure. However, the clamping force of about 0.3 to 0.5 kN due to the residual pressure is negligible. Depending on the material of the workpiece used, for example, a clamping force of less than 4 kN does not have any measurable effect on the properties of the workpiece. In any case, this applies to a clamping force of less than 1.5 kN.

上述の通り、顕著なクランプ力が存在しないので、リベットNはセット操作中に加工物A、B内及びダイ6内で自由に変形することができ、決められた通り正確に変形することができる。リベットに割れや亀裂が生じないようにするために、大きいクランプ力を用いる従来の方法と比較して多少リベットNの底部が大きくなる。   As described above, since there is no significant clamping force, the rivet N can be freely deformed in the workpieces A and B and in the die 6 during the setting operation, and can be accurately deformed as determined. . In order to prevent the rivet from being cracked or cracked, the bottom of the rivet N is somewhat larger compared to the conventional method using a large clamping force.

自己穿孔型リベットNをセットするのに必要なパンチ力は、通常例えば30〜80kN程度である。   The punching force required to set the self-piercing rivet N is usually about 30 to 80 kN, for example.

接合操作に続く第三段階では、装置は、これも図3に示すように、どちらの作業チャンバー10a及び10bも、圧力流体ポート24及び26を介して高い流体圧で加圧されている操作後位置にある。これは、好ましくは作業チャンバー10a内に高い流体圧を維持すると共に、作業チャンバー10bを圧力流体ポート26を介して同じ流体圧若しくはほぼ同じ高い流体圧で加圧することによって行うことができる。   In the third stage following the joining operation, the apparatus is operated after both operation chambers 10a and 10b are pressurized with high fluid pressure via the pressure fluid ports 24 and 26, also as shown in FIG. In position. This can be done by preferably maintaining a high fluid pressure in the working chamber 10a and pressurizing the working chamber 10b through the pressure fluid port 26 at the same or nearly the same high fluid pressure.

接合操作において自己穿孔型リベットを確実に最後まで妨害されることなく続けて変形させることができるように、接合操作の終了後、短時間のうちに、作業チャンバー10bの加圧、よってクランプ力の上昇を開始する。この短時間とは例えば0.2〜0.3秒程度であり、好ましくは0.1秒を超える。   In order to ensure that the self-drilling rivet can be continuously deformed without being obstructed to the end in the joining operation, in a short time after the joining operation is completed, the pressurization of the working chamber 10b and the clamping force can be reduced. Start climbing. This short time is, for example, about 0.2 to 0.3 seconds, and preferably exceeds 0.1 seconds.

上述の作業チャンバー10a及び10bの加圧により、パンチ16が上述したメインピストン12の表面面積差によって生じる大きいパンチ力でリベットNに押し付けられる。それと同時に、クランプ22は上述したクランプピストン18の表面面積差によって生じる大きいクランプ力を加工物A、Bにかける。この大きいクランプ力は、接合領域8において加工物A、Bがそれ自身の平面を逸脱して変形する可能性を低下させることを目的としたものであり、さらにこの領域において加工物A、Bにある程度の圧縮作用を及ぼして、接合部の最終強度及び品質を高めることをも目的としたものである。また、クランプ22のみならずパンチ16も接合部に大きい力をかけるので、接合部に作用する力にある程度の均等化作用がもたらされる。さらに、パンチ力及びクランプ力が、C字型フレーム(図示せず)の反作用動作や反発を防止若しくは少なくとも低減する。   Due to the pressurization of the working chambers 10a and 10b, the punch 16 is pressed against the rivet N with a large punching force generated by the surface area difference of the main piston 12 described above. At the same time, the clamp 22 applies a large clamping force to the workpieces A and B generated by the surface area difference of the clamp piston 18 described above. This large clamping force is intended to reduce the possibility that the workpieces A and B are deformed out of their own plane in the joining region 8, and further in this region on the workpieces A and B. It is also intended to increase the final strength and quality of the joint by exerting a certain degree of compression. Further, since not only the clamp 22 but also the punch 16 applies a large force to the joint, a certain leveling effect is brought about on the force acting on the joint. Further, the punching force and the clamping force prevent or at least reduce the reaction action and repulsion of the C-shaped frame (not shown).

パンチ力及びクランプ力は、特定の用途に応じて、これらの機能が達成できるように選択する。好ましくは、クランプ力は5kNより大きく、特に7.8kNである。パンチ力は好ましくは5kNより大きく、特に6.5kNである。   The punching force and clamping force are selected so that these functions can be achieved depending on the particular application. Preferably, the clamping force is greater than 5 kN, in particular 7.8 kN. The punching force is preferably greater than 5 kN, in particular 6.5 kN.

パンチ力及びクランプ力は所定時間維持される。その後、圧力流体ポート24を介して上方作業チャンバー10aを減圧すると共に、圧力流体ポート26を介して低い流体圧で下方作業チャンバー10bを加圧することによって、装置は図1に示す基本位置に戻る。   The punching force and the clamping force are maintained for a predetermined time. Thereafter, by depressurizing the upper working chamber 10a via the pressure fluid port 24 and pressurizing the lower working chamber 10b with a low fluid pressure via the pressure fluid port 26, the apparatus returns to the basic position shown in FIG.

図4は、図1〜図3を参照して先に説明した締結工具2を、締結工具を操作するための油圧制御システム(図示せず)のバルブ組立体と接続した状態で概略的に示すものである。このバルブ組立体は一対の別個の方向制御弁32及び34からなり、方向制御弁32は圧力流体ポート24を介して作業チャンバー10aと連通し、方向制御弁34は圧力流体ポート26を介して作業チャンバー10bと連通して、作業チャンバー10a及び10bを加圧・減圧する。従って方向制御弁32及び34は、各作業チャンバー10a、10bと圧力制御装置(例えば比例式制御弁)(図示せず)及び油圧制御システムの低圧領域との間の連通を制御する。   FIG. 4 schematically shows the fastening tool 2 described above with reference to FIGS. 1 to 3 connected to a valve assembly of a hydraulic control system (not shown) for operating the fastening tool. Is. The valve assembly comprises a pair of separate directional control valves 32 and 34, which communicate with the working chamber 10a via the pressure fluid port 24, and the directional control valve 34 operates via the pressure fluid port 26. In communication with the chamber 10b, the working chambers 10a and 10b are pressurized and depressurized. Thus, the directional control valves 32 and 34 control communication between each working chamber 10a, 10b and a pressure control device (eg, proportional control valve) (not shown) and the low pressure region of the hydraulic control system.

油圧制御システムの操作は、図1〜図3を参照して先に説明した操作と同様である。但し追加として以下の事項に注意が必要である。   The operation of the hydraulic control system is the same as the operation described above with reference to FIGS. However, the following points should be noted in addition.

図4に示す装置の基本位置において、方向制御弁32は圧力逃し位置にあり、方向制御弁34は加圧位置にある。締結工具が操作前位置にある場合には、方向制御弁32、34は加圧位置にあり、作業チャンバー10a、10bは両方とも低い流体圧で加圧されている。締結工具が操作位置つまり接合位置にある場合には、パンチが大きいパンチ力をかけることができるように、方向制御バルブ32は加圧位置にあり、一方クランプが実質的にクランプ力をかけないように、方向制御弁34は圧力逃し位置にある。締結工具が操作後位置にある場合には、パンチ及びクランプが共に大きい力をかけることができるように、方向制御弁32及び34はどちらも加圧位置にある。   In the basic position of the device shown in FIG. 4, the direction control valve 32 is in the pressure relief position and the direction control valve 34 is in the pressurization position. When the fastening tool is in the pre-operation position, the directional control valves 32 and 34 are in the pressurizing position, and both the working chambers 10a and 10b are pressurized with a low fluid pressure. When the fastening tool is in the operating or joining position, the directional control valve 32 is in the pressurizing position so that the punch can apply a large punching force, while the clamp does not substantially apply the clamping force. In addition, the directional control valve 34 is in the pressure relief position. When the fastening tool is in the post-operation position, both directional control valves 32 and 34 are in the pressurized position so that both the punch and the clamp can apply a large force.

図5に示す実施態様と図4に示す実施態様では締結工具のシリンダー組立体の構造が異なる。図4の部品と類似する部品には同じ参照番号にaを付して示す。図5の締結工具は、共通の油圧シリンダー4の代わりに二つのシリンダー4a、5aを設けている点で、図4の締結工具と異なる。シリンダー4aはパンチ16aのためのメインピストン12aを受け入れ、シリンダー5aはクランプ22aのためのクランプピストン18aを受け入れるものである。シリンダー4a、5a間の隔壁29は、クランプピストン18aと共に作業チャンバー31を画定し、図示した実施態様ではこの作業チャンバー31は専用の圧力流体ポートを有している。   The embodiment shown in FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIG. 4 in the structure of the cylinder assembly of the fastening tool. Parts similar to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals with a. The fastening tool of FIG. 5 differs from the fastening tool of FIG. 4 in that two cylinders 4 a and 5 a are provided instead of the common hydraulic cylinder 4. The cylinder 4a receives the main piston 12a for the punch 16a, and the cylinder 5a receives the clamp piston 18a for the clamp 22a. A partition wall 29 between the cylinders 4a, 5a, together with the clamp piston 18a, defines a working chamber 31, which in the illustrated embodiment has a dedicated pressure fluid port.

これまで説明してきたように、この組立体は、パンチ用とクランプ用に別個のシリンダーを有する従来の自己穿孔型リベット用工具と似ている。しかしながら従来の自己穿孔型リベット用工具とは異なり、図5の実施態様は、シリンダー4aのピストンロッド隣接側作業チャンバーとシリンダー5aの作業チャンバー31とが、流体流通路33によって互いに永久的に連通している設計となっている。流体流通路33は、図示するようにシリンダーの外に延在していても、隔壁29を通して延在していてもよい。   As described so far, this assembly is similar to a conventional self-drilling rivet tool having separate cylinders for punching and clamping. However, unlike conventional self-drilling rivet tools, the embodiment of FIG. 5 is such that the working chamber 31 adjacent to the piston rod of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the cylinder 5a are in permanent communication with each other by a fluid flow passage 33. It has become a design. The fluid flow passage 33 may extend out of the cylinder as shown, or may extend through the partition wall 29.

シリンダー4aのピストンロッド隣接側作業チャンバーとシリンダー5aの作業チャンバー31とが永久的に連通しているので、図5の組立体の操作は、図4の組立体の操作と同様である。よって図5の組立体でも、各作業チャンバーの加圧及び圧力逃しを制御するのに、二つの簡単な方向制御弁32及び34で充分である。従って図5の組立体の操作については、図4の組立体の操作についての記載を参照されたい。   Since the working chamber 31 adjacent to the piston rod of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the cylinder 5a are in permanent communication, the operation of the assembly of FIG. 5 is the same as the operation of the assembly of FIG. Thus, in the assembly of FIG. 5, two simple directional control valves 32 and 34 are sufficient to control the pressurization and pressure relief of each working chamber. Therefore, for the operation of the assembly of FIG. 5, reference is made to the description of the operation of the assembly of FIG.

図6を参照して、図示した油圧シリンダー4a、5aを含む締結工具の構造は、図5の工具の構造と同じである。図5と図6とは、方向制御弁32と34とを並列に設ける代わりに、バイパス弁36と方向制御弁38とを直列に設けた点のみが異なる。   Referring to FIG. 6, the structure of the fastening tool including the illustrated hydraulic cylinders 4a and 5a is the same as the structure of the tool of FIG. 5 and FIG. 6 differ only in that a bypass valve 36 and a direction control valve 38 are provided in series instead of providing the direction control valves 32 and 34 in parallel.

方向制御弁38は、基本位置(図6に示す状態)と操作位置との間で切り換えることができる。方向制御弁38が基本位置にある場合には、一対の圧力流体管37、39を圧力源及び油圧システムの低圧領域から隔離する。方向制御弁38が操作位置にある場合には、圧力流体管37を圧力源と連通させると共に、圧力流体管39を低圧領域と連通させる。   The direction control valve 38 can be switched between the basic position (the state shown in FIG. 6) and the operation position. When the directional control valve 38 is in the basic position, the pair of pressure fluid lines 37, 39 are isolated from the pressure source and the low pressure region of the hydraulic system. When the direction control valve 38 is in the operating position, the pressure fluid pipe 37 is communicated with the pressure source and the pressure fluid pipe 39 is communicated with the low pressure region.

バイパス弁36は、基本位置(図6に示す状態)とバイパス位置との間で切り換えることができる。バイパス弁36が基本位置にある場合には、圧力流体管37を圧力流体ポート24aと連通させると共に、圧力流体管39を圧力流体ポート26aと連通させる。バイパス弁36がバイパス位置にある場合には、圧力流体ポート24a及び26aの両方を圧力流体管37と連通させる。   The bypass valve 36 can be switched between the basic position (the state shown in FIG. 6) and the bypass position. When the bypass valve 36 is in the basic position, the pressure fluid pipe 37 is communicated with the pressure fluid port 24a, and the pressure fluid pipe 39 is communicated with the pressure fluid port 26a. When the bypass valve 36 is in the bypass position, both the pressure fluid ports 24 a and 26 a are in communication with the pressure fluid pipe 37.

操作は以下の通りである。
図6において、バイパス弁36及び方向制御弁38は共に基本位置にある。締結工具を操作前位置にセットするには、方向制御弁38を操作位置へと切り換え、締結工具が操作及び操作後位置となるまでその位置に維持する。
The operation is as follows.
In FIG. 6, both the bypass valve 36 and the direction control valve 38 are in the basic position. In order to set the fastening tool at the pre-operation position, the direction control valve 38 is switched to the operation position, and is maintained at that position until the fastening tool reaches the operation and post-operation positions.

締結工具が操作前位置にある場合には、バイパス弁36はバイパス位置にあり、シリンダー4aのピストンロッド遠隔側作業チャンバー並びにピストンロッド隣接側作業チャンバー及びシリンダー5aの作業チャンバー31を、圧力流体管37及び方向制御弁38を介して油圧システムの(制御可能な)圧力源と連通させる。締結工具を操作位置へ動かすには、バイパス弁36を基本位置へ戻して、シリンダー4aのピストンロッド遠隔側作業チャンバーを圧力源と連通させ、ピストンロッド隣接側作業チャンバー及び作業チャンバー31を油圧システムの低圧側と連通させる。締結工具が操作後位置にある場合には、バイパス弁36はまたバイパス位置となり、全ての作業チャンバーを圧力源と連通させる。   When the fastening tool is in the pre-operation position, the bypass valve 36 is in the bypass position, and the piston rod remote side working chamber of the cylinder 4a and the working chamber 31 of the piston rod adjacent side and the cylinder 5a are connected to the pressure fluid pipe 37. And via a directional control valve 38 to communicate with a (controllable) pressure source of the hydraulic system. In order to move the fastening tool to the operating position, the bypass valve 36 is returned to the basic position, the piston rod remote side working chamber of the cylinder 4a is communicated with the pressure source, and the piston rod adjacent side working chamber and the working chamber 31 are connected to the hydraulic system. Communicate with the low pressure side. When the fastening tool is in the post-operation position, the bypass valve 36 is also in the bypass position, allowing all working chambers to communicate with the pressure source.

図6のバルブ組立体は図4の締結工具においても使用可能であることに留意すべきである。   It should be noted that the valve assembly of FIG. 6 can also be used in the fastening tool of FIG.

図7に示す締結工具は、図6に示す工具と基本的に同様の構造である。対応する部品には同じ参照番号のaをbに変えて付してある。図6との違いは、流体流通路33がないことである。代わりにシリンダー5bの作業チャンバー31bは、圧力流体ポート24b、26bとは別の圧力流体ポート27bを有している。圧力流体ポート27bは圧力制御弁40(例えば比例式制御弁)を介して加圧・減圧することができる。よって、パンチ及びクランプを作動させるための二つのシリンダー4b及び5bを備える締結工具は、従来の締結工具と似ている。   The fastening tool shown in FIG. 7 has basically the same structure as the tool shown in FIG. Corresponding parts are designated with the same reference number a changed to b. The difference from FIG. 6 is that there is no fluid flow passage 33. Instead, the working chamber 31b of the cylinder 5b has a pressure fluid port 27b separate from the pressure fluid ports 24b and 26b. The pressure fluid port 27b can be pressurized and depressurized via a pressure control valve 40 (for example, a proportional control valve). Thus, a fastening tool comprising two cylinders 4b and 5b for actuating the punch and clamp is similar to a conventional fastening tool.

シリンダー4bの作業チャンバーの圧力流体ポート24b及び26bは、図6のものと同じバイパス弁36及び方向制御弁38を介して制御することができるように適合されている。   The working fluid pressure ports 24b and 26b of the cylinder 4b are adapted to be controlled via the same bypass valve 36 and directional control valve 38 as in FIG.

図7は、弁が基本位置にある状態を示している。接合操作の前、間、及び後におけるバイパス弁36及び方向制御弁38の作動については、図6の記載を参照されたい。圧力制御弁40の操作は、作業チャンバー31bが、締結工具の操作前位置においては比較的低い圧力で、操作位置においては無視できる程度の圧力で、操作後位置においては高い圧力で加圧されるように行う。   FIG. 7 shows a state in which the valve is in the basic position. For the operation of the bypass valve 36 and the directional control valve 38 before, during, and after the joining operation, refer to the description of FIG. In the operation of the pressure control valve 40, the work chamber 31b is pressurized at a relatively low pressure at the position before operation of the fastening tool, at a negligible pressure at the operation position, and at a high pressure at the position after operation. Do as follows.

図7の配置では、操作後位置において、シリンダー4bのピストンロッド隣接側作業チャンバーを、バイパス弁36を介して減圧することができるので、メインピストン12bがかけるパンチ力をそれだけ増加させることができる。   In the arrangement shown in FIG. 7, in the post-operation position, the work chamber adjacent to the piston rod of the cylinder 4b can be depressurized via the bypass valve 36, so that the punching force applied by the main piston 12b can be increased accordingly.

図8の配置は、図7のバイパス弁36をバイパス弁36bで置換した点のみが図7と異なる。このバイパス弁36bは、バイパス位置にある場合に、シリンダー4bのピストンロッド遠隔側作業チャンバーをピストンロッド隣接側作業チャンバーと連通させるが、これらの作業チャンバーを油圧システムの圧力源からは隔離するものである。締結工具が操作前位置にある場合には、シリンダー4bの作業チャンバーは両方とも無圧力であるので、パンチはいかなるパンチ力もかけない。従って、この実施態様では、締結工具が操作前位置にある場合に、リベット検出を行うことはできない。本発明の他の全ての実施態様では、締結工具が操作前位置にある場合に、パンチがパンチ力をかけているので、この力をリベット検出に用いることができる。それ以外については図8の配置の操作は図7の配置の操作と同様である。   The arrangement of FIG. 8 differs from FIG. 7 only in that the bypass valve 36 of FIG. 7 is replaced with a bypass valve 36b. This bypass valve 36b communicates the piston rod remote side working chamber of the cylinder 4b with the piston rod adjacent side working chamber when in the bypass position, but isolates these working chambers from the pressure source of the hydraulic system. is there. When the fastening tool is in the pre-operation position, the working chambers of the cylinder 4b are both free of pressure, so the punch does not apply any punching force. Therefore, in this embodiment, rivet detection cannot be performed when the fastening tool is in the pre-operation position. In all other embodiments of the present invention, when the fastening tool is in the pre-operation position, the punch applies a punching force that can be used for rivet detection. In other respects, the arrangement operation of FIG. 8 is the same as the arrangement operation of FIG.

図1〜図7の実施態様では、接合操作前の第一作業工程を、まずクランプを作動させて必要とされる比較的小さいクランプ力をかけ、次いでパンチによってリベットを比較的小さいパンチ力で加工物に押付けるという二段階で行うことができる。それにより加工物がリベットによって互いに接触状態で保持されるので、リベットをセットする少し前にクランプを減圧することができる。   In the embodiment shown in FIGS. 1 to 7, the first working step before the joining operation is performed by first operating the clamp to apply a relatively small clamping force, and then processing the rivet by the punch with a relatively small punching force. This can be done in two steps: pressing against an object. The workpieces are thereby held in contact with each other by the rivets so that the clamp can be depressurized shortly before setting the rivets.

上述したように、本発明のリベット方法は、少なくとも接合領域において加工物の隣接する表面間に接着剤を用いる方法と組合わせることができる。より詳細には、そのために加工物AとBとの間に接着剤層Kを設ける(図1〜図3参照)。   As described above, the rivet method of the present invention can be combined with a method that uses an adhesive between adjacent surfaces of the workpiece, at least in the joining region. More specifically, an adhesive layer K is provided between the workpieces A and B for that purpose (see FIGS. 1 to 3).

例えば欧州特許出願公開第EP0675774号に開示されるような、接合操作前及び操作中に大きいクランプ力をかける従来のリベット方法では、接合操作前には、接着剤はクランプ圧力によって接合領域中央部に封入されている。そのため接合操作中、接着剤は自由に圧縮されたり、接合領域から半径方向外方へ自由に流れたりすることはできない。また、大きいクランプ力によって、自己穿孔型リベットが上方加工物を貫通した時の該加工物の反発が高まる。その結果、接着剤層内に気泡や溝が生じる。   In the conventional rivet method in which a large clamping force is applied before and during the joining operation, as disclosed in, for example, European Patent Application No. EP0675774, before the joining operation, the adhesive is moved to the center of the joining region by the clamping pressure. It is enclosed. Therefore, during the joining operation, the adhesive cannot be freely compressed or flow freely radially outward from the joining region. Also, the large clamping force increases the repulsion of the workpiece when the self-piercing rivet penetrates the upper workpiece. As a result, bubbles and grooves are generated in the adhesive layer.

これとは異なり、本発明の方法によれば、接合操作前には比較的小さいクランプ力しかかけず、接合操作中にはクランプ力は実質的にかけないので、接合操作中、接着剤は自由に圧縮されたり、接合領域から半径方向外方へ自由に流れたりすることができる。さらに、接合操作中にクランプ力を実質的にかけないので、上方加工物Aの反発を低減することができ、よって接着剤層K内に気泡や溝が生じる危険性を低減することができる。   In contrast, according to the method of the present invention, only a relatively small clamping force is applied before the joining operation, and substantially no clamping force is applied during the joining operation. It can be compressed or can flow freely radially outward from the joint area. Further, since the clamping force is not substantially applied during the joining operation, the repulsion of the upper workpiece A can be reduced, and thus the risk of bubbles and grooves in the adhesive layer K can be reduced.

この危険性をさらに低くするために、この組み合わせ方法において接着剤と共に、図9に示す自己穿孔型リベットN’を使用する。この自己穿孔型リベットN’は、リベットヘッドN1とリベットシャンクN2とを有する。従来のリベットとは異なり、リベットシャンクN2の外表面N3は円筒形ではなく、リベットヘッドN1に向かって広がるようにわずかにテーパーしている。より詳細には、外表面N3は円錐角αの円錐形である。よって円錐形外表面N3を有するリベットN’を加工物A、Bを貫通するように(図3)押し込むと、リベットシャンクN2は、外表面がテーパーしているため、上方加工物Aが反発するつまり上向きにたわむのを防ぐ下向きの力を上方加工物Aにかける。その結果、加工物A、Bは接合領域において互いに接触したままであり、加工物A、B間にいかなる空隙が生じるのも避けることができ、接着剤層K内に気泡や溝が形成されるのを防止することができる。   In order to further reduce this risk, a self-drilling rivet N 'shown in FIG. 9 is used with an adhesive in this combination method. This self-piercing rivet N 'has a rivet head N1 and a rivet shank N2. Unlike the conventional rivet, the outer surface N3 of the rivet shank N2 is not cylindrical and is slightly tapered so as to extend toward the rivet head N1. More specifically, the outer surface N3 is conical with a cone angle α. Therefore, when the rivet N ′ having the conical outer surface N3 is pushed through the workpieces A and B (FIG. 3), the upper workpiece A repels because the outer surface of the rivet shank N2 is tapered. That is, a downward force that prevents upward bending is applied to the upper workpiece A. As a result, the workpieces A and B remain in contact with each other in the joining region, and any voids can be avoided between the workpieces A and B, and bubbles and grooves are formed in the adhesive layer K. Can be prevented.

どの場合にも円錐角αは0を超え、好ましくは0.5〜10°の範囲内、特に1〜5°の範囲内である。図示したように、リベットシャンクN2の外表面はその全長に渡ってテーパーしていてもよい。若しくは、外表面の特定部分のみをテーパーさせて、残りの部分を円筒形としてもよい。特に底部分の外表面N3を円筒形とし、底部分とヘッドN1との間の部分のみをテーパーさせることも可能である。この底部分の軸方向長さは、好ましくは上方加工物Aの厚さを超えないように選択することができる。   In any case, the cone angle α is greater than 0, preferably in the range of 0.5 to 10 °, in particular in the range of 1 to 5 °. As illustrated, the outer surface of the rivet shank N2 may taper over its entire length. Alternatively, only a specific portion of the outer surface may be tapered and the remaining portion may be cylindrical. In particular, it is possible to make the outer surface N3 of the bottom portion cylindrical, and to taper only the portion between the bottom portion and the head N1. The axial length of this bottom part can preferably be selected so as not to exceed the thickness of the upper workpiece A.

加工物を接合するためのリベット−接着剤組合わせ方法においてこのような自己穿孔型リベットN’を使用することは、加工物A、B間の接合領域においていかなる空隙が生じるのも避けるため、及び接着剤層K内に気泡や溝が生じるのを防止するために、特に効果的である。   The use of such a self-drilling rivet N ′ in the rivet-adhesive combination method for joining workpieces avoids any voids in the joining region between workpieces A and B, and This is particularly effective for preventing bubbles and grooves from forming in the adhesive layer K.

図1は、本発明の締結工具を基本位置で示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a fastening tool of the present invention at a basic position. 図2は、本発明の締結工具を操作前位置で示す図1と同様の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 1 showing the fastening tool of the present invention in a pre-operation position. 図3は、本発明の締結工具を操作位置及び操作後位置で示す図1と同様の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 1 showing the fastening tool of the present invention at the operation position and the post-operation position. 図4は、締結工具の油圧制御用のバルブ組立体を備える図1〜図3に示す締結工具を基本位置で示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the fastening tool shown in FIGS. 1 to 3 having a valve assembly for hydraulic control of the fastening tool at a basic position. 図5は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図4と同様の図である。FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 showing a modified example of the fastening tool and the valve assembly. 図6は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図4と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 4 showing a modified example of the fastening tool and the valve assembly. 図7は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図4と同様の図である。FIG. 7 is a view similar to FIG. 4 showing a modified example of the fastening tool and the valve assembly. 図8は、締結工具とバルブ組立体の変更例を示す図4と同様の図である。FIG. 8 is a view similar to FIG. 4 showing a modified example of the fastening tool and the valve assembly. 図9は、本発明の方法及び装置で使用する特殊自己穿孔型リベットを示す。FIG. 9 shows a special self-piercing rivet for use in the method and apparatus of the present invention.

Claims (27)

類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を締結工具によって接合するための方法であって、該締結工具は、接合領域において接合操作を行うためのパンチ力をかけるためのパンチと、ダイに支承された該加工物にクランプ力をかけるためのクランプとを備え、該方法は、
接合操作中には、大きなパンチ力をかけて接合操作を行うと共に、クランプ力を実質的にかけずに、接合領域において自由な材料変形を可能にし、
接合操作後には、大きなパンチ力及び大きなクランプ力を同時にかけて加工物の変形を低減し、接合領域において加工物を圧縮する、加工物を接合するための方法。
A method for joining at least two plate-like workpieces made of similar or different materials by a fastening tool, wherein the fastening tool is a punch for applying a punching force for performing a joining operation in a joining region. And a clamp for applying a clamping force to the workpiece supported on the die, the method comprising:
During the joining operation, a large punching force is applied to perform the joining operation, and the material can be freely deformed in the joining region without substantially applying a clamping force.
A method for joining workpieces, wherein after the joining operation, a large punching force and a large clamping force are simultaneously applied to reduce deformation of the workpieces and the workpieces are compressed in the joining region.
接合操作後にかける前記大きなパンチ力、及び接合操作後にかける前記大きなクランプ力を所定時間維持する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the large punching force applied after the joining operation and the large clamping force applied after the joining operation are maintained for a predetermined time. 前記大きなクランプ力を、接合操作終了後短時間のうちにかける、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the large clamping force is applied within a short time after the end of the joining operation. 接合操作後にかける前記大きなクランプ力が5kNより大きく、好ましくは7.8kNである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the large clamping force applied after the joining operation is greater than 5 kN, preferably 7.8 kN. 接合操作後にかける前記大きなパンチ力が5kNより大きく、好ましくは6.5kNである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the large punching force applied after the joining operation is greater than 5 kN, preferably 6.5 kN. 接合操作前に、クランプを小さいクランプ力で加工物に押付け、加工物の相対的移動を防止する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein, prior to the joining operation, the clamp is pressed against the workpieces with a small clamping force to prevent relative movement of the workpieces. 前記小さいクランプ力が7.8kN未満、好ましくは3.9kN未満である、請求項6に記載の方法。   7. A method according to claim 6, wherein the small clamping force is less than 7.8 kN, preferably less than 3.9 kN. 接合操作の前に、小さいパンチ力をかける、請求項1に記載の方法。 Before the joining operation, it applies a small punch force method of claim 1. 接合操作の前にかける小さいパンチ力が、5.0kN未満、好ましくは2.5kN未満である、請求項8に記載の方法。   9. A method according to claim 8, wherein the small punching force applied before the joining operation is less than 5.0 kN, preferably less than 2.5 kN. 接合操作の前にパンチ力をかけない、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein no punching force is applied before the joining operation. クランプを加工物に押し付ける前に、接合領域及びその周辺の加工物間に接着剤層を設ける、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein an adhesive layer is provided between the joining area and the surrounding workpiece prior to pressing the clamp against the workpiece. 前記締結工具が自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the fastening tool is a rivet tool for setting a self-piercing rivet. 前記締結工具が自己穿孔型リベットをセットするためのリベット用工具であり、該自己穿孔型リベットがリベットシャンクとリベットヘッドとを有し、該リベットシャンクが、少なくとも所定のシャンク領域においてリベットヘッドに向かって広がるようにテーパーしている外表面を有する、請求項1に記載の方法。   The fastening tool is a rivet tool for setting a self-piercing rivet, the self-piercing rivet has a rivet shank and a rivet head, and the rivet shank faces the rivet head at least in a predetermined shank region. The method of claim 1, wherein the method has an outer surface that is tapered to widen. 前記リベットシャンクの外表面が、少なくとも前記所定シャンク領域において円錐形である、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein an outer surface of the rivet shank is conical at least in the predetermined shank region. 前記締結工具がクリンチ用工具である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fastening tool is a clinch tool. 前記パンチと前記クランプとを共通の油圧ピストン−シリンダー組立体によって作動させる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the punch and the clamp are actuated by a common hydraulic piston-cylinder assembly. 前記パンチと前記クランプとをそれぞれ専用のピストン−シリンダー組立体によって作動させる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the punch and the clamp are each actuated by a dedicated piston-cylinder assembly. 類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を接合するための締結工具を操作するための装置であって、該装置は、
円筒形状キャビティーを有する油圧シリンダーと、
接合操作を行うための、パンチと一体的に連結されたピストンロッドを有するメインピストンであって、
該メインピストンは前記シリンダーのキャビティーを、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割しており、メインピストンの一方の側がピストンロッド遠隔側作業チャンバー内の圧力によって加圧されると共に、軸方向に対向する反対側がピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によって加圧されるメインピストンと、
加工物にクランプ力をかけるための、クランプに一体的に連結されたピストンロッドを有するクランプピストンであって、
該クランプピストン及びそのピストンロッドは、前記メインピストンのピストンロッドの周囲に同軸的に延在し、且つ相対的に移動可能であるクランプピストンとを備え、
前記各作業チャンバーは選択的に加圧又は減圧するための圧力流体ポートを有する装置において、
前記クランプピストンは、前記油圧シリンダーの前記ピストンロッド隣接側作業チャンバー内に配置され、該ピストンロッド隣接側作業チャンバーは、前記クランプピストンの軸方向に対向する両側にそれぞれ配置されたセクションを有し、該セクションは、ピストンロッド隣接側作業チャンバー内の圧力によって該クランプピストンの軸方向に対向する両側が加圧されるように、流体流通路手段によって互いに連通している、締結工具を操作するための装置。
An apparatus for operating a fastening tool for joining at least two plate workpieces of similar or different materials, the apparatus comprising:
A hydraulic cylinder having a cylindrical cavity;
A main piston having a piston rod integrally connected to a punch for performing a joining operation,
The main piston divides the cavity of the cylinder into a piston rod remote side working chamber and a piston rod adjacent side working chamber, and one side of the main piston is pressurized by the pressure in the piston rod remote side working chamber. And the main piston whose axially opposite side is pressurized by the pressure in the piston rod adjacent side working chamber,
A clamp piston having a piston rod integrally connected to the clamp for applying a clamping force to the workpiece,
The clamp piston and its piston rod include a clamp piston that extends coaxially around the piston rod of the main piston and is relatively movable,
Wherein each working chamber has a pressure fluid port for selectively pressurizing or depressurizing;
The clamp piston is disposed in a working chamber adjacent to the piston rod of the hydraulic cylinder, and the working chamber adjacent to the piston rod has sections disposed on opposite sides of the clamp piston in the axial direction; The section is for operating a fastening tool, which is in communication with each other by means of fluid flow passages, so that the pressure in the working chamber adjacent to the piston rod is pressurized on both axially opposite sides of the clamping piston. apparatus.
前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバー及びピストンロッド隣接側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、別個の制御弁と関連している、請求項18に記載の装置。   19. The apparatus of claim 18, wherein the piston rod remote working chamber and the piston rod adjacent working chamber are associated with separate control valves so that they can be selectively pressurized or depressurized. 類似する又は異なった材料からなる少なくとも二枚の板状加工物を接合するための締結工具を操作するための装置であって、該装置は、
円筒形状キャビティーを有する第一油圧シリンダーと、
接合操作を行うための、パンチと一体的に連結されたピストンロッドを有するメインピストンであって、
該メインピストンは前記シリンダの円筒形状キャビティーを、ピストンロッド遠隔側作業チャンバーとピストンロッド隣接側作業チャンバーとに分割しており、各作業チャンバーは選択的に加圧又は減圧するための圧力流体ポートを有する、メインピストンと、
クランプピストンと、クランプ力をかけるためにクランプに一体的に連結されたピストンロッドとを含む第二油圧シリンダーであって、該クランプピストンは、圧力流体によって選択的に加圧又は減圧される一つの作業チャンバーを画定する、第二油圧シリンダーとを備える装置において、
前記第二油圧シリンダーの前記一つの作業チャンバーと、前記第一油圧シリンダーの前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーとが、流体連通手段によって永久的に連通している、締結工具を操作するための装置。
An apparatus for operating a fastening tool for joining at least two plate workpieces of similar or different materials, the apparatus comprising:
A first hydraulic cylinder having a cylindrical cavity;
A main piston having a piston rod integrally connected to a punch for performing a joining operation,
The main piston divides the cylindrical cavity of the cylinder into a piston rod remote side working chamber and a piston rod adjacent side working chamber, and each working chamber is a pressure fluid port for selectively pressurizing or depressurizing. Having a main piston,
A second hydraulic cylinder including a clamp piston and a piston rod integrally connected to the clamp for applying a clamping force, the clamp piston being selectively pressurized or depressurized by a pressure fluid; In an apparatus comprising a second hydraulic cylinder defining a working chamber,
An apparatus for operating a fastening tool, wherein the one working chamber of the second hydraulic cylinder and the working chamber adjacent to the piston rod of the first hydraulic cylinder are in permanent communication by fluid communication means.
前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、別個の方向制御弁と関連している、請求項20に記載の装置。   21. The apparatus of claim 20, wherein the piston rod remote working chamber and the piston rod adjacent working chamber are associated with separate directional control valves so that they can be selectively pressurized or depressurized. 前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーと前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーは、選択的に加圧又は減圧することができるように、直列に接続された共通のバイパス弁及び共通の方向制御弁と関連している、請求項20に記載の装置。   The piston rod adjacent working chamber and the piston rod remote working chamber are associated with a common bypass valve and a common directional control valve connected in series so that they can be selectively pressurized or depressurized. 21. The apparatus of claim 20, wherein: 前記メインピストンと前記クランプピストンとが、該メインピストンの端部位置への移動によって、該クランプピストンが対応する基本位置へと駆動されるように、軸方向の一方向にのみ作用する一方向当接手段によって互いに接続可能である、請求項18に記載の装置。   The main piston and the clamp piston are moved in one direction so that the clamp piston is driven to the corresponding basic position by movement to the end position of the main piston. The apparatus of claim 18, which is connectable to each other by contact means. 前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーが前記接合操作を行うための高い圧力によって加圧されると共に、クランプが実質的にクランプ力をかけないように前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが減圧される操作位置を有する、請求項18に記載の装置。   An operation position in which the piston rod remote side working chamber is pressurized by a high pressure for performing the joining operation and the piston rod adjacent side working chamber is depressurized so that the clamp does not substantially apply a clamping force. The apparatus of claim 18, comprising: 接合操作後に、パンチとクランプがそれぞれ大きいパンチ力と大きいクランプ力をかけるように、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーがそれぞれ高い圧力によって加圧される操作後位置を有する、請求項24に記載の装置。   After the joining operation, the piston rod remote side working chamber and the piston rod adjacent side working chamber have post-operation positions that are pressurized by high pressure so that the punch and the clamp apply a large punching force and a large clamping force, respectively. 25. The apparatus of claim 24. 接合操作の前に、パンチとクランプがそれぞれ小さいパンチ力と小さいクランプ力をかけるように、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーと前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが共に低い圧力で加圧される操作前位置を有する、請求項24に記載の装置。   Prior to the joining operation, the piston rod remote working chamber and the piston rod adjacent working chamber are both pressurized at a low pressure so that the punch and the clamp apply a small punching force and a small clamping force, respectively. 25. The apparatus of claim 24, comprising: 前記メインピストンが接合領域から離隔している端部位置へ付勢されるように、前記ピストンロッド隣接側作業チャンバーが低い圧力で加圧され、前記ピストンロッド遠隔側作業チャンバーが減圧される基本位置を有する、請求項24に記載の装置。   A basic position where the piston rod adjacent working chamber is pressurized at a low pressure and the piston rod remote working chamber is depressurized so that the main piston is biased to an end position separated from the joining region. 25. The apparatus of claim 24, comprising:
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